JP4651860B2 - Fuel cell stack - Google Patents

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JP4651860B2
JP4651860B2 JP2001166860A JP2001166860A JP4651860B2 JP 4651860 B2 JP4651860 B2 JP 4651860B2 JP 2001166860 A JP2001166860 A JP 2001166860A JP 2001166860 A JP2001166860 A JP 2001166860A JP 4651860 B2 JP4651860 B2 JP 4651860B2
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力取り出し部の構造を改良した燃料電池スタックに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、固体高分子電解質膜などの電解質を一対の電極で挟持した電解質・電極構造体をセパレータを介して複数個積層した燃料電池積層体と、該燃料電池積層体の両端に設けたターミナルプレートとを有する燃料電池スタックが知られている。
【0003】
この種の燃料電池スタックは、アノード電極に供給された燃料ガス、例えば、水素ガスは、触媒電極上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質を介してカソード電極側へと移動する。その間に生じた電子がターミナルプレートを介して外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。カソード電極には、酸化剤ガス、例えば酸素ガスあるいは空気が供給されているために、このカソード電極において、前記水素イオン、前記電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。
【0004】
この一例を図13〜図15によって説明すると、同図において1は燃料電池積層体を示している。この燃料電池積層体1は固体高分子電解質膜をカソード電極とアノード電極とで挟持した電解質・電極構造体をセパレータを介して複数個積層したものである。2はターミナルプレートを示し、燃料電池積層体1の端部に配置されるエンドプレート3によって燃料電池積層体1との間に挟持されている。そして、ターミナルプレート2を挟み込んだ状態で燃料電池積層体1に図示しないスタッドボルトを挿通して両側から締め付け燃料電池スタックが構成される。ターミナルプレート2の周縁にはターミナルプレート2の面に沿う方向に端子接続部4が設けられ、この端子接続部4には図13、図15に示すように電力取り出しケーブル5先端に取り付けられた接続部6がボルト7とナット8によりターミナルプレート2の端子接続部4に締め付け固定されている。
【0005】
また、図16、図17に示すように燃料電池積層体1に重合されたターミナルプレート2に、ターミナルプレート2の面に垂直に突出部9を形成し、この突出部9をエンドプレート3から突出し、突出部9先端に装着したスタッドボルト10に電力取り出しケーブル5先端の接続部6をナット8により固定したものもある(特開平06−290803号公報参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれの燃料電池スタックにおいても、電力取り出しケーブル5先端の接続部6をボルト7やナット8により締め付けるものであるため、例えば、燃料電池スタックを車載用として使用した場合のように燃料電池スタックに振動が作用すると締め付け部分においてボルト7やナット8が緩み易く、このようにボルト7、ナット8に緩みが生ずると、電力取り出しケーブル5の接続部6回りで導通不良を起こし接触抵抗が増加して電気的ロスが大きくなるという問題がある。
そこでこの発明は、振動が作用してもターミナルプレートと電力取り出しケーブルの接続部分が緩んで導通不良が起きることがなく、接続状態を確実に維持することができる燃料電池スタックを提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、電解質(例えば、実施形態における固体高分子電解質膜12)を一対の電極(例えば、実施形態におけるアノード電極13、カソード電極14)で挟持した電解質・電極構造体(例えば、実施形態における電解質・電極構造体15)をセパレータ(例えば、実施形態におけるセパレータ16,17)を介して複数個積層した燃料電池積層体(例えば、実施形態における燃料電池積層体S)と、該燃料電池積層体の両端に設けたターミナルプレート(例えば、実施形態におけるターミナルプレートT)とを有する燃料電池スタック(例えば、実施形態における燃料電池スタック11)において、少なくともいずれか一方のターミナルプレートにボス(例えば、実施形態におけるボス36)を設け、該ボスに電力取り出し部材(例えば、実施形態における電力取り出しケーブル41)に接続された棒状の電極部材(例えば、実施形態におけるピン43)を挿入可能に構成し、前記ボスと前記電極部材との間に両者に弾接する環状のバネ部材(例えば、実施形態におけるバネ部材38)を設けたことを特徴とする。
このように構成することで、電力取り出し部材とターミナルプレートとを接続する場合には、ターミナルプレートのボスに棒状の電極部材を差し込めば、電極部材とボスとの間に介装されたバネ部材が両者に弾接することで両者の導通状態を確保できる。
【0008】
請求項2に記載した発明は、電解質を一対の電極で挟持した電解質・電極構造体をセパレータを介して複数個積層した燃料電池積層体と、該燃料電池積層体の両端に設けたターミナルプレートとを有する燃料電池スタックにおいて、少なくともいずれか一方のターミナルプレートにピン(例えば、実施形態におけるピン53)を設け、該ピンを電力取り出し部材に接続された電極部材(例えば、実施形態における受容部材54)の挿入部(例えば、実施形態における挿入部55)に挿入可能に構成し、前記ピンと前記挿入部との間に両者に弾接する環状のバネ部材(例えば、実施形態におけるバネ部材38’)を設けたことを特徴とする。
このように構成することで、電力取り出し部材とターミナルプレートとを接続する場合には、ターミナルプレートのピンに電力取り出し部材側の電極部材の挿入部を嵌合すれば、電極部材の挿入部とピンとの間に介装されたバネ部材が両者に弾接することで両者の導通状態を確保できる。
【0009】
請求項3に記載した発明は、前記ボスあるいは前記ピンが設けられた前記ターミナルプレートの外側にエンドプレート(例えば、実施形態におけるエンドプレート24)を設け、前記エンドプレートに、前記電極部材が前記ボスあるいは前記ピンに対して抜け方向に移動するのを防止する押さえ部材(例えば、実施形態における押さえ部材47)を固定したことを特徴とする。
このように構成することで、前記電極部材の前記ボスあるいは前記ピンからの抜けを防止することが可能となる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図1、図2において、11は車載用の燃料電池スタックを示している。燃料電池スタック11は燃料電池積層体Sと該燃料電池積層体Sの両端に設けられたターミナルプレートTを備えている。
燃料電池積層体Sは固体高分子電解質膜(電解質)12をアノード電極13とカソード電極14とで挟んで構成される電解質・電極構造体15が、セパレータ16,17を介して水平方向に複数個積層されたものである。
【0011】
アノード電極13と隣接するセパレータ16との間に水素ガスの供給路18が形成され、一方、カソード電極14と隣接するセパレータ17との間に空気の供給路19が形成される。また、各セパレータ16,17の背面間に位置するセパレータ16の供給路20に純水やエチレングリコールなどの冷却媒体が供給され、電解質・電極構造体15をセパレータ16,17で挟持した単位燃料電池セルを冷却するようになっている。尚、図示都合上、図1において、断面を示すハッチングは省略する。
【0012】
そして、上記水素ガス、空気、冷却媒体を各供給路18,19,20に供給するために、燃料電池積層体S、及び、後述するターミナルプレートT、絶縁プレート23、エンドプレート24の各面内を貫通して図2に示すように連通孔25,26,27が各々形成され、内部マニホールド構造となっている。
【0013】
前記ターミナルプレートTは燃料電池積層体Sの両端に配置される銅やステンレスなどの金属材料やカーボン材料で形成された導電性のある部材であって、ターミナルプレートTの外側に樹脂などから成る絶縁プレート23(図3に示す)を介してエンドプレート24が配置されている。そして、このエンドプレート24から絶縁プレート23、燃料電池積層体Sを貫通してスタッドボルト28が挿通され、スタッドボルト28にナット29を締め付けて、燃料電池スタック11が構成されている。
【0014】
前記ターミナルプレートTは、図1〜図4に示すように、周囲を絶縁部材34で囲まれた導電性の平板部35と、平板部35の中央部から略垂直方向、つまり前記単位燃料電池セル15の積層方向に向かって突出しエンドプレート24の受容孔を貫通する筒状のボス36とで構成されている。尚、ボス36は平板部35に対して溶接あるいはねじ込みにより固定されている。
ボス36には内周面に環状溝37が形成され、この環状溝37の内部に、図6、図7に示す金属製で環状のバネ部材38が装着されている。バネ部材38は図6に示すように内周側が弧状に形成されたもので、軸方向に設けたスリット部39により撓み易く形成されている。
ここで、バネ部材38としては、図8に示すように上記スリット部39に替えて上下縁から交互に切欠部40を設けたものを使用してもよく、また、図9に示すように、バネ部材38はバンド状のものであってもよい。尚、前記ボス36の外周部分は絶縁プレート23により覆われている。
【0015】
一方、図4において、41は電力取り出しケーブル(電力取り出し部材)を示し、電力取り出しケーブル41の端末には金具42がかしめにより取り付けられ、この金具42に断面円形状のピン(棒状の電極部材)43がロウ付けあるいは抵抗溶接により接合されている。金具42及びピン43の基部は電力取り出しケーブル41の被覆材44端部に取付られたゴムあるいは樹脂製のグロメット45で覆われている。ピン43の先端周縁部にはボス36への挿入を容易にするために面取り部46が設けられ、ピン43の先端部と燃料電池積層体S面との間にはピン43の挿入時において一定のクリアランスが確保されるようになっている。
そして、前記ボス36に電力取り出しケーブル41に接続されたピン43が挿入可能に構成され、ボス36にピン43を挿入した状態で、図5に示すように前記ボス36が前記ピン43に対して抜け方向に移動するのを防止する上面視半円形状の押さえ部材47がボルト48によりエンドプレート24に取り付けられるようになっている。
【0016】
ここで、図3に示すように前記エンドプレート24に形成されたターミナルプレートTのボス36の受容孔にはその外周縁に段差部分52が形成され、この段差部分52にゴム製でキャップ状のグロメット49が取り付けられている。このグロメット49によりターミナルプレートTの受容孔の大部分を閉塞して、ここから異物が進入し難くしている。そして、このグロメット49の外周面にはフランジ部50が形成され、このフランジ部50が前記押さえ部材47とエンドプレート24の間に挟持されて固定されるようになっている。
【0017】
ここで、図10に示すように上記ピン43の外周面と前記ボス36の内周面との間にボール51を介装し、このボール51を図示しないバネにより付勢してピン43とボス36とを節度感をもって係合させることも可能である。また、図11に示すようにピン43の外周面側に環状溝37を形成し、ここにバネ部材38を設けるようにしてもよい。
【0018】
そして、図2に示した各連通孔25,26,27、具体的にはエンドプレート24の各連通孔25,26,27には、図示しない空気、水素ガス、冷却媒体の給排用の配管が各々接続され、空気、水素ガス、冷却媒体が燃料電池スタック11の内部をUターンするようにして流れ、前記2つの電力取り出しケーブル41から外部回路に電力が取り出されるようになっている。
【0019】
次に、作用について説明する。
電力取り出しケーブル41をターミナルプレートTに接続するにあたって、先ず、図3、図4のボルト48を外してエンドプレート24から押さえ部材47とグロメット49を取り外す。次に電力取り出しケーブル41の先端部分のピン43をターミナルプレートTのボス36に挿入すれば、ボス36の内周壁の環状溝37に装着されたバネ部材38が、ボス36とピン43の双方に弾接する。したがって、ボス36とピン43、つまりターミナルプレートTと電力取り出しケーブル41は導通する。
そして、グロメット49をエンドプレート24の受容孔の段差部分52に取り付け、次に、押さえ部材47をボルト48によりエンドプレート24に締め付ければ、ピン43をターミナルプレートTから脱落しないように抜け止めして取り付けることができる。
したがって、例えば、燃料電池スタック1を車載用として使用した場合のように、燃料電池スタック11に振動が作用したとしても、前記ボス36とピン43との導通状態は確保される。
【0020】
上記実施形態によれば、ボルトとナットにより接続していた場合に比較して前記ボス36にピン43を挿入するだけで簡単にターミナルプレートTと電力取り出しケーブル41とを接続することができる。また、車両走行中に燃料電池スタック11には振動が作用するが、振動が作用しても前記バネ部材38がボス36とピン43の双方に弾接することで、両者の導通状態を確保しているためターミナルプレートTと電力取り出しケーブル41とを導通不良なく確実に接続できる。よって車載用の燃料電池スタックとして好適である。また、断面円形状のピン43を用いているため軸回の回動が許容され、電力取り出しケーブル41に偏った力が作用しない。
その結果、従来のように振動が原因で締め付け部分が緩み接触抵抗が増加して電気的ロスが生ずるようなことがなく信頼性を高めることができる。
また、ピン43をボス36に挿入した状態で、ピン43がボス36に対して抜け方向に移動するのを防止する押さえ部材47を設けたことにより、ターミナルプレートTが電力取り出しケーブル41が脱落するのを確実に防止できる。
【0021】
このようにして、ピン43とボス36との接続部分において、振動に対する対策としてバネ部材38を、抜け止めに対する対策として押さえ部材47を各々別部材として設けることにより、バネ部材38による振動が作用しても導通性が損なわれず、各々の機能を互いに悪影響を与えずに発揮させることができる。
【0022】
次に、この発明の第2実施形態を図12に基づいて説明する。
この実施形態は基本的構造は第1実施形態と同様であるが、第1実施形態におけるピン43に替えて電力取り出しケーブル41に接続された凹状の受容部材(電極部材)54を設け、一方、第1実施形態のボス36に替えてターミナルプレートTに断面円形状のピン53を設けたのもである。ターミナルプレートTのピン53は電力取り出しケーブル41に接続された凹状の受容部材54の挿入部55に挿入可能に構成されている。そして、受容部材54の内周壁には環状溝56が形成され、この環状溝56にピン53と挿入部55とに弾接する環状のバネ部材38’が装着されている。尚、他の構成については、第1実施形態と同様であるので同一部分に同一符号を付して説明を省略する。
【0023】
この実施形態においても、前記ピン53を受容部材54の挿入部55に挿入するようにして、前記受容部材54をピン53に取り付けるだけで簡単にターミナルプレートTと電力取り出しケーブル41とを接続することができる。また、車両走行中に燃料電池スタック11には振動が作用するが、振動が作用しても前記バネ部材38’が受容部材54とピン53の双方に弾接することで、両者の導通状態を確保しているためターミナルプレートTと電力取り出しケーブル41とを導通不良なく確実に接続できる。その結果、従来のように振動が原因で締め付け部分が緩み接触抵抗が増加して電気的ロスが生ずるようなことがなく信頼性を高めることができる。
【0024】
また、前述した実施形態と同様に押さえ部材47により受容部材54がピン53から抜けるのを防止しているため取付信頼性を高められる。とりわけ、この実施形態においては、電力取り出しケーブル41に取り付けられた受容部材54の挿入部55は受容部材54の内側にあるため、第1実施形態のピン43のように外側に露出していない分だけ、傷や損傷を受け難い点で有利である。
【0025】
尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、ターミナルプレートのボス36は、ピン43を挿入できれば貫通孔に限られず凹部であってもよい。また、ピン43,53は断面円形状に形成した場合について説明したが、断面形状は三角形、四角形など様々な形状を採用することができる。
【0026】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項1に記載した発明によれば、電力取り出しケーブルとターミナルプレートとを接続する場合には、ターミナルプレートのボスに棒状の電極部材を差し込めば、電極部材とボスとの間に介装されたバネ部材が両者に弾接することで両者の導通状態を確保できるため、振動が作用してもターミナルプレートと電力取り出しケーブルとを導通不良なく接続できる効果がある。
【0027】
請求項2に記載した発明によれば、電力取り出しケーブルとターミナルプレートとを接続する場合には、ターミナルプレートのピンに電力取り出しケーブル側の電極部材の挿入部を嵌合すれば、電極部材の挿入部とピンとの間に介装されたバネ部材が両者に弾接することで両者の導通状態を確保できるため、振動が作用してもターミナルプレートと電力取り出しケーブルとを導通不良なく接続できる効果がある。
【0028】
請求項3に記載した発明によれば、前記電極部材の前記ボスあるいは前記ピンからの抜けを防止することが可能となるため、ターミナルプレートから電力取り出しケーブルが脱落するのを確実に防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1実施形態の燃料電池スタックの断面図である。
【図2】 図1のA−A線に沿う断面図である。
【図3】 図1の要部断面図である。
【図4】 図3の分解図である。
【図5】 押さえ部材周辺を示す平面図である。
【図6】 図7のB−Bに沿う断面図である。
【図7】 バネ部材の平面図である。
【図8】 他のバネ部材の図6に相当する断面図である。
【図9】 別のバネ部材の平面図である。
【図10】 抜け止め用の部材を取り付けた図3の拡大断面図である。
【図11】 他のバネ部材を用いた図3の拡大断面図である。
【図12】 この発明の第2実施形態の図3に相当する断面図である。
【図13】 従来技術の燃料電池スタックの模式的正面図である。
【図14】 図13の平面図である。
【図15】 従来技術の接続部分の拡大図である。
【図16】 他の従来技術の燃料電池スタックの模式的正面図である。
【図17】 図16の平断面図である。
【符号の説明】
11 燃料電池スタック
12 固体高分子電解質膜(電解質)
13 アノード電極
14 カソード電極
15 電解質・電極構造体
16,17 セパレータ
24 エンドプレート
36 ボス
38,38’ バネ部材
41 電力取り出し部材(電力取り出しケーブル)
43 ピン(電極部材)
47 押さえ部材
53 ピン
54 受容部材(電極部材)
55 挿入部
S 燃料電池積層体
T ターミナルプレート
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell stack having an improved power take-out structure.
[0002]
[Prior art]
For example, a fuel cell stack in which a plurality of electrolyte / electrode structures sandwiching an electrolyte such as a solid polymer electrolyte membrane with a pair of electrodes are interposed via a separator, and terminal plates provided at both ends of the fuel cell stack, There are known fuel cell stacks having:
[0003]
In this type of fuel cell stack, a fuel gas, for example, hydrogen gas, supplied to the anode electrode is hydrogen ionized on the catalyst electrode and moves to the cathode electrode side through an appropriately humidified electrolyte. Electrons generated in the meantime are taken out to an external circuit through the terminal plate and used as direct current electric energy. Since the oxidant gas, for example, oxygen gas or air is supplied to the cathode electrode, the hydrogen ions, the electrons and the oxygen gas react with each other to generate water at the cathode electrode.
[0004]
An example of this will be described with reference to FIGS. 13 to 15. In the figure, reference numeral 1 denotes a fuel cell stack. The fuel cell stack 1 is formed by stacking a plurality of electrolyte / electrode structures each having a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between a cathode electrode and an anode electrode via a separator. Reference numeral 2 denotes a terminal plate which is sandwiched between the fuel cell stack 1 by an end plate 3 disposed at the end of the fuel cell stack 1. A fuel cell stack is formed by inserting a stud bolt (not shown) into the fuel cell stack 1 with the terminal plate 2 interposed therebetween and tightening from both sides. A terminal connecting portion 4 is provided on the periphery of the terminal plate 2 in a direction along the surface of the terminal plate 2, and the terminal connecting portion 4 is connected to the tip of the power extraction cable 5 as shown in FIGS. 13 and 15. The portion 6 is fastened and fixed to the terminal connection portion 4 of the terminal plate 2 by bolts 7 and nuts 8.
[0005]
As shown in FIGS. 16 and 17, the terminal plate 2 superposed on the fuel cell stack 1 is formed with a protruding portion 9 perpendicular to the surface of the terminal plate 2, and the protruding portion 9 protrudes from the end plate 3. In some cases, the connecting portion 6 at the tip of the power take-out cable 5 is fixed to the stud bolt 10 attached to the tip of the protruding portion 9 with a nut 8 (see Japanese Patent Laid-Open No. 06-290803).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in any fuel cell stack, the connecting portion 6 at the tip of the power take-out cable 5 is fastened with a bolt 7 or a nut 8. Therefore, for example, the fuel cell stack is used as in-vehicle use. When the vibration is applied to the bolt 7 and the nut 8, the bolt 7 and the nut 8 are easily loosened at the tightening portion. When the bolt 7 and the nut 8 are loosened in this way, a continuity failure occurs around the connecting portion 6 of the power take-out cable 5 and the contact resistance increases. As a result, there is a problem that electrical loss increases.
Accordingly, the present invention provides a fuel cell stack in which the connection portion between the terminal plate and the power take-off cable is not loosened even when vibrations are applied and no poor conduction occurs, and the connection state can be reliably maintained. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is configured such that an electrolyte (for example, the solid polymer electrolyte membrane 12 in the embodiment) is formed by a pair of electrodes (for example, the anode electrode 13 and the cathode electrode 14 in the embodiment). A fuel cell stack (for example, in the embodiment) in which a plurality of sandwiched electrolyte / electrode structures (for example, the electrolyte / electrode structure 15 in the embodiment) are stacked via separators (for example, separators 16 and 17 in the embodiment) In a fuel cell stack (for example, the fuel cell stack 11 in the embodiment) having a fuel cell stack S) and terminal plates (for example, the terminal plate T in the embodiment) provided at both ends of the fuel cell stack, One terminal plate has a boss (for example, the boss 36 in the embodiment). A rod-shaped electrode member (for example, the pin 43 in the embodiment) connected to the power extraction member (for example, the power extraction cable 41 in the embodiment) can be inserted into the boss, and the boss and the electrode member can be inserted. An annular spring member (for example, the spring member 38 in the embodiment) that elastically contacts both is provided.
With this configuration, when connecting the power extraction member and the terminal plate, if a rod-shaped electrode member is inserted into the boss of the terminal plate, the spring member interposed between the electrode member and the boss is The conductive state of both can be secured by elastic contact with both.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a fuel cell stack in which a plurality of electrolyte / electrode structures having an electrolyte sandwiched between a pair of electrodes are stacked via a separator, and terminal plates provided at both ends of the fuel cell stack, The electrode member (for example, receiving member 54 in the embodiment) in which a pin (for example, the pin 53 in the embodiment) is provided on at least one of the terminal plates and the pin is connected to the power extraction member. An annular spring member (for example, a spring member 38 'in the embodiment) is provided between the pin and the insertion portion so as to be elastically contactable with the insertion portion (for example, the insertion portion 55 in the embodiment). It is characterized by that.
By configuring in this way, when connecting the power extraction member and the terminal plate, if the insertion portion of the electrode member on the power extraction member side is fitted to the pin of the terminal plate, the insertion portion of the electrode member and the pin Since the spring member interposed between the two is elastically contacted with each other, it is possible to ensure a conductive state between the two.
[0009]
The invention as set forth in claim 3, the outer end plate of the terminal plate in which the boss or the pin is provided (e.g., the end plate 24 in the embodiment) provided to said end plate, said electrode member is a boss Alternatively, a pressing member (for example, the pressing member 47 in the embodiment) that prevents the pin from moving in the pulling direction is fixed .
With this configuration, it is possible to prevent the electrode member from coming off from the boss or the pin .
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 and 2, reference numeral 11 denotes an in-vehicle fuel cell stack. The fuel cell stack 11 includes a fuel cell stack S and terminal plates T provided at both ends of the fuel cell stack S.
The fuel cell stack S includes a plurality of electrolyte / electrode structures 15 each having a solid polymer electrolyte membrane (electrolyte) 12 sandwiched between an anode electrode 13 and a cathode electrode 14 in the horizontal direction via separators 16 and 17. It is a laminated one.
[0011]
A hydrogen gas supply path 18 is formed between the anode electrode 13 and the adjacent separator 16, while an air supply path 19 is formed between the cathode electrode 14 and the adjacent separator 17. Further, a unit fuel cell in which a cooling medium such as pure water or ethylene glycol is supplied to the supply path 20 of the separator 16 positioned between the back surfaces of the separators 16 and 17 and the electrolyte / electrode structure 15 is sandwiched between the separators 16 and 17. The cell is cooled. For the sake of illustration, hatching indicating a cross section is omitted in FIG.
[0012]
In order to supply the hydrogen gas, air, and cooling medium to the supply paths 18, 19, and 20, the fuel cell stack S and each surface of the terminal plate T, the insulating plate 23, and the end plate 24 described later are provided. As shown in FIG. 2, communication holes 25, 26, and 27 are respectively formed so as to have an internal manifold structure.
[0013]
The terminal plate T is a conductive member formed of a metal material such as copper or stainless steel or a carbon material disposed at both ends of the fuel cell stack S. The terminal plate T is an insulating member made of resin or the like outside the terminal plate T. An end plate 24 is arranged via a plate 23 (shown in FIG. 3). A stud bolt 28 is inserted from the end plate 24 through the insulating plate 23 and the fuel cell stack S, and a nut 29 is fastened to the stud bolt 28 to constitute the fuel cell stack 11.
[0014]
As shown in FIGS. 1 to 4, the terminal plate T includes a conductive flat plate portion 35 surrounded by an insulating member 34, and a substantially vertical direction from the central portion of the flat plate portion 35, that is, the unit fuel cell. 15 and a cylindrical boss 36 that protrudes in the stacking direction and penetrates the receiving hole of the end plate 24. The boss 36 is fixed to the flat plate portion 35 by welding or screwing.
An annular groove 37 is formed on the inner peripheral surface of the boss 36, and a metal-made annular spring member 38 shown in FIGS. 6 and 7 is mounted in the annular groove 37. As shown in FIG. 6, the spring member 38 is formed in an arc shape on the inner peripheral side, and is formed to be easily bent by a slit portion 39 provided in the axial direction.
Here, as the spring member 38, a member provided with cutout portions 40 alternately from the upper and lower edges may be used instead of the slit portion 39 as shown in FIG. 8, and as shown in FIG. The spring member 38 may have a band shape. The outer peripheral portion of the boss 36 is covered with an insulating plate 23.
[0015]
On the other hand, in FIG. 4, reference numeral 41 denotes a power take-out cable (power take-out member), and a metal fitting 42 is attached to the end of the power take-out cable 41 by caulking, and a pin having a circular cross section (bar-shaped electrode member) is attached to the metal fitting 42. 43 is joined by brazing or resistance welding. The base of the metal fitting 42 and the pin 43 is covered with a rubber or resin grommet 45 attached to the end of the covering material 44 of the power take-out cable 41. A chamfered portion 46 is provided in the peripheral edge of the tip of the pin 43 to facilitate insertion into the boss 36, and is constant between the tip of the pin 43 and the surface of the fuel cell stack S when the pin 43 is inserted. Clearance is ensured.
The pin 43 connected to the power take-out cable 41 can be inserted into the boss 36. With the pin 43 inserted into the boss 36, the boss 36 is connected to the pin 43 as shown in FIG. A pressing member 47 having a semicircular shape in a top view for preventing movement in the pulling direction is attached to the end plate 24 by a bolt 48.
[0016]
Here, as shown in FIG. 3, a stepped portion 52 is formed in the outer peripheral edge of the receiving hole of the boss 36 of the terminal plate T formed in the end plate 24, and the stepped portion 52 is made of rubber and has a cap shape. A grommet 49 is attached. The grommet 49 closes most of the receiving holes of the terminal plate T, making it difficult for foreign matter to enter from here. A flange portion 50 is formed on the outer peripheral surface of the grommet 49, and the flange portion 50 is sandwiched and fixed between the pressing member 47 and the end plate 24.
[0017]
Here, as shown in FIG. 10, a ball 51 is interposed between the outer peripheral surface of the pin 43 and the inner peripheral surface of the boss 36, and the ball 51 is urged by a spring (not shown) so that the pin 43 and the boss It is also possible to engage 36 with a sense of moderation. Further, as shown in FIG. 11, an annular groove 37 may be formed on the outer peripheral surface side of the pin 43, and a spring member 38 may be provided here.
[0018]
In addition, the communication holes 25, 26, 27 shown in FIG. 2, specifically, the communication holes 25, 26, 27 of the end plate 24, are not shown in the drawings for supplying and discharging air, hydrogen gas, and cooling medium. Are connected to each other, and air, hydrogen gas, and a cooling medium flow in a U-turn through the fuel cell stack 11, and power is taken out from the two power take-out cables 41 to an external circuit.
[0019]
Next, the operation will be described.
In connecting the power take-out cable 41 to the terminal plate T, first, the bolts 48 in FIGS. 3 and 4 are removed, and the pressing member 47 and the grommet 49 are removed from the end plate 24. Next, when the pin 43 at the tip of the power extraction cable 41 is inserted into the boss 36 of the terminal plate T, the spring member 38 mounted in the annular groove 37 on the inner peripheral wall of the boss 36 is attached to both the boss 36 and the pin 43. Elastic contact. Therefore, the boss 36 and the pin 43, that is, the terminal plate T and the power extraction cable 41 are conducted.
Then, if the grommet 49 is attached to the stepped portion 52 of the receiving hole of the end plate 24 and then the pressing member 47 is fastened to the end plate 24 by the bolt 48, the pin 43 is prevented from coming off from the terminal plate T. Can be attached.
Therefore, for example, even when vibration is applied to the fuel cell stack 11 as in the case where the fuel cell stack 1 is used for in-vehicle use, the conductive state between the boss 36 and the pin 43 is ensured.
[0020]
According to the above embodiment, the terminal plate T and the power take-out cable 41 can be easily connected by simply inserting the pin 43 into the boss 36 as compared with the case where the bolt and nut are connected. While the fuel cell stack 11 is vibrated while the vehicle is running, the spring member 38 is elastically contacted with both the boss 36 and the pin 43 even when the vibration is applied, thereby ensuring a conductive state between the two. Therefore, the terminal plate T and the power take-out cable 41 can be reliably connected without poor conduction. Therefore, it is suitable as an on-vehicle fuel cell stack. Further, since the pin 43 having a circular cross section is used, pivoting of the shaft is allowed, and a biased force does not act on the power extraction cable 41.
As a result, the tightening portion is loosened due to vibration as in the prior art, and the contact resistance is increased and no electrical loss occurs, so that the reliability can be improved.
Further, by providing the pressing member 47 that prevents the pin 43 from moving in the pulling direction with respect to the boss 36 with the pin 43 inserted into the boss 36, the terminal plate T drops off the power extraction cable 41. Can be surely prevented.
[0021]
In this way, at the connection portion between the pin 43 and the boss 36, the spring member 38 is provided as a countermeasure against vibration, and the pressing member 47 is provided as a separate member as a countermeasure against slipping, so that the vibration by the spring member 38 acts. However, the conductivity is not impaired, and each function can be exhibited without adversely affecting each other.
[0022]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, the basic structure is the same as that of the first embodiment, but a concave receiving member (electrode member) 54 connected to the power take-out cable 41 is provided instead of the pin 43 in the first embodiment, Instead of the boss 36 of the first embodiment, the terminal plate T is provided with a pin 53 having a circular cross section. The pin 53 of the terminal plate T is configured to be insertable into the insertion portion 55 of the concave receiving member 54 connected to the power extraction cable 41. An annular groove 56 is formed on the inner peripheral wall of the receiving member 54, and an annular spring member 38 ′ that elastically contacts the pin 53 and the insertion portion 55 is attached to the annular groove 56. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, the same reference numerals are given to the same portions, and descriptions thereof are omitted.
[0023]
Also in this embodiment, the terminal plate T and the power take-out cable 41 are simply connected by simply attaching the receiving member 54 to the pin 53 so that the pin 53 is inserted into the insertion portion 55 of the receiving member 54. Can do. While the fuel cell stack 11 is vibrated while the vehicle is running, the spring member 38 ′ is elastically contacted with both the receiving member 54 and the pin 53 even when the vibration is applied, thereby ensuring a conductive state between the two. Therefore, the terminal plate T and the power take-out cable 41 can be reliably connected without poor conduction. As a result, the tightening portion is loosened due to vibration as in the prior art, and the contact resistance is increased and no electrical loss occurs, so that the reliability can be improved.
[0024]
Moreover, since the receiving member 54 is prevented from coming off from the pin 53 by the pressing member 47 as in the above-described embodiment, the mounting reliability can be improved. In particular, in this embodiment, since the insertion portion 55 of the receiving member 54 attached to the power take-out cable 41 is inside the receiving member 54, it is not exposed to the outside like the pin 43 of the first embodiment. Only advantageous in that it is less susceptible to scratches and damage.
[0025]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the boss 36 of the terminal plate is not limited to the through hole as long as the pin 43 can be inserted, and may be a recess. Moreover, although the case where the pins 43 and 53 were formed in the cross-sectional circle shape was demonstrated, various shapes, such as a triangle and a square, can be employ | adopted for cross-sectional shape.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention described in claim 1, when connecting the power extraction cable and the terminal plate, if a rod-shaped electrode member is inserted into the boss of the terminal plate, the electrode member and the boss Since the spring member interposed between them is elastically contacted with each other, the conductive state between the two can be ensured, so that there is an effect that the terminal plate and the power take-out cable can be connected without defective conduction even when vibrations are applied.
[0027]
According to the second aspect of the present invention, when the power take-out cable and the terminal plate are connected, if the electrode member insertion portion on the power take-out cable side is fitted to the pin of the terminal plate, the electrode member is inserted. The spring member interposed between the pin and the pin is elastically contacted with each other, so that the conductive state between the two can be ensured. Therefore, there is an effect that the terminal plate and the power take-out cable can be connected without poor continuity even when vibration is applied. .
[0028]
According to the invention described in claim 3, since it becomes possible to prevent the electrode member from coming off from the boss or the pin, it is possible to reliably prevent the power take-out cable from dropping off from the terminal plate. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
3 is a cross-sectional view of a main part of FIG.
4 is an exploded view of FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a plan view showing the periphery of a pressing member.
6 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
FIG. 7 is a plan view of a spring member.
FIG. 8 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 6 of another spring member.
FIG. 9 is a plan view of another spring member.
10 is an enlarged cross-sectional view of FIG. 3 with a retaining member attached.
11 is an enlarged cross-sectional view of FIG. 3 using another spring member.
FIG. 12 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 of a second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic front view of a conventional fuel cell stack.
FIG. 14 is a plan view of FIG. 13;
FIG. 15 is an enlarged view of a connection portion of the prior art.
FIG. 16 is a schematic front view of another prior art fuel cell stack.
17 is a plan sectional view of FIG. 16. FIG.
[Explanation of symbols]
11 Fuel Cell Stack 12 Solid Polymer Electrolyte Membrane (Electrolyte)
13 Anode electrode 14 Cathode electrode 15 Electrolyte / electrode structure 16, 17 Separator
24 End plate 36 Boss 38, 38 ' Spring member 41 Electric power extraction member (electric power extraction cable)
43 pins (electrode member)
47 Holding member 53 Pin 54 Receiving member (electrode member)
55 Insertion section S Fuel cell stack T Terminal plate

Claims (3)

電解質を一対の電極で挟持した電解質・電極構造体をセパレータを介して複数個積層した燃料電池積層体と、該燃料電池積層体の両端に設けたターミナルプレートとを有する燃料電池スタックにおいて、少なくともいずれか一方のターミナルプレートにボスを設け、該ボスに電力取り出し部材に接続された棒状の電極部材を挿入可能に構成し、前記ボスと前記電極部材との間に両者に弾接する環状のバネ部材を設けたことを特徴とする燃料電池スタック。  In a fuel cell stack having a fuel cell stack in which a plurality of electrolyte / electrode structures sandwiching an electrolyte between a pair of electrodes are interposed via a separator, and terminal plates provided at both ends of the fuel cell stack, at least A boss is provided on one of the terminal plates, and a rod-shaped electrode member connected to the power extraction member is inserted into the boss, and an annular spring member that elastically contacts between the boss and the electrode member is provided. A fuel cell stack characterized by being provided. 電解質を一対の電極で挟持した電解質・電極構造体をセパレータを介して複数個積層した燃料電池積層体と、該燃料電池積層体の両端に設けたターミナルプレートとを有する燃料電池スタックにおいて、少なくともいずれか一方のターミナルプレートにピンを設け、該ピンを電力取り出し部材に接続された電極部材の挿入部に挿入可能に構成し、前記ピンと前記挿入部との間に両者に弾接する環状のバネ部材を設けたことを特徴とする燃料電池スタック。  In a fuel cell stack having a fuel cell stack in which a plurality of electrolyte / electrode structures sandwiching an electrolyte between a pair of electrodes are interposed via a separator, and terminal plates provided at both ends of the fuel cell stack, at least A pin is provided on one of the terminal plates, the pin is configured to be insertable into an insertion portion of an electrode member connected to a power extraction member, and an annular spring member elastically contacting both between the pin and the insertion portion. A fuel cell stack characterized by being provided. 前記ボスあるいは前記ピンが設けられた前記ターミナルプレートの外側にエンドプレートを設け、前記エンドプレートに、前記電極部材が前記ボスあるいは前記ピンに対して抜け方向に移動するのを防止する押さえ部材を固定したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料電池スタック。 An end plate is provided outside the terminal plate on which the boss or the pin is provided , and a pressing member for preventing the electrode member from moving in the pulling direction with respect to the boss or the pin is fixed to the end plate. the fuel cell stack according to claim 1 or claim 2, characterized in that the.
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